Membina Semula "Sistem Imun" Tanaman dalam Arus Perubahan Iklim - Penyelidikan Terkini oleh Pasukan Profesor Duan dari Universiti Pertanian Nanjing Memenangi Anugerah Kertas SCI Bioland!

Ketika perubahan iklim global semakin meningkat dan kepekatan CO₂ atmosfera terus meningkat, pengeluaran pertanian menghadapi cabaran yang belum pernah terjadi sebelumnya. Persekitaran pertumbuhan tanaman, corak kejadian perosak, dan interaksi tanaman-serangga, semuanya sedang mengalami perubahan yang mendalam. Berlatarbelakangkan ini, cara meningkatkan keupayaan pertahanan tanaman itu sendiri dan membina sistem kawalan perosak dan penyakit yang hijau dan mampan telah menjadi hala tuju penyelidikan yang penting dalam bidang perlindungan tumbuhan.

Baru-baru ini, pasukan Profesor Duan dari Kolej Perlindungan Tumbuhan di Universiti Pertanian Nanjing telah menerbitkan hasil penyelidikan terkini mereka dalam jurnal berwibawa antarabangsa Plant, Cell & Environment: Perencat eksogen meningkatkan daya tahan tumbuhan terhadap belalang padi melalui peningkatan laluan fenilpropanoid di bawah CO₂ yang tinggiKajian ini secara sistematik mendedahkan mekanisme molekul dalam meningkatkan rintangan padi terhadap belalang perang dengan mengawal selia laluan metabolik fenilpropanoid di bawah keadaan CO₂ yang tinggi, menyediakan asas saintifik yang penting untuk menangani perubahan iklim masa hadapan.

🏆 Keputusan penyelidikan ini telah memenangi Anugerah Kertas SCI Bioland, menunjukkan sepenuhnya nilai akademik dan prospek aplikasinya.

01 Sorotan Penyelidikan

Latar Belakang Penyelidikan | Masalah Perosak dan Penyakit Sedang "Diperbesarkan" dalam Era CO₂ Tinggi

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kepekatan CO₂ atmosfera telah meningkat daripada 280 ppm sebelum Revolusi Perindustrian kepada lebih 420 ppm, dan dijangka melebihi 700 ppm menjelang akhir abad ini. Sebilangan besar kajian telah menunjukkan bahawa:
🌿 CO₂ yang tinggi boleh menggalakkan fotosintesis tanaman
⚖ Pada masa yang sama, ia membawa kepada ketidakseimbangan dalam nisbah karbon-nitrogen
🐜 Jumlah makanan perosak penghisap menusuk (seperti belalang perang) meningkat
❗ Rintangan serangga tanaman berkurangan sebaliknya

Terutamanya dalam sistem belalang padi perang, kerosakan telah meningkat dengan ketara di bawah keadaan CO₂ yang tinggi, sekali gus mengancam keselamatan makanan dengan serius.

👉 Ini bermakna logik pencegahan dan kawalan tradisional tidak lagi dapat menyesuaikan diri dengan persekitaran pertanian masa hadapan, dan kita mesti bermula daripada mekanisme pertahanan tanaman itu sendiri.

Idea Penyelidikan | Bermula daripada "Enzim Perencatan" hingga Membina Semula Sistem Pertahanan Tanaman

Pasukan Profesor Duan memfokuskan penyelidikan mereka pada laluan metabolik utama dalam tumbuhan—Laluan Fenilpropanoid. Laluan ini merupakan sumber penting bagi tumbuhan untuk mensintesis pelbagai bahan pertahanan, termasuk:
• Asid fenolik
• Lignin
• Flavonoid
• Antioksidan

Pasukan penyelidikan secara inovatif memperkenalkan dua perencat molekul kecil:

👉 Dengan "menghalang enzim utama → mengubah arah metabolik", pasukan tersebut mendorong tumbuhan untuk mensintesis lebih banyak bahan dengan aktiviti tahan serangga.

Penemuan Teras 1 | Respons Pertahanan Diperkuat Dengan Ketara Di Bawah CO₂ Tinggi

Kajian ini menetapkan dua keadaan dalam persekitaran simulasi:
🌿 CO₂ Biasa (400 ppm)
🌿 Peningkatan CO₂ (800 ppm)

Keputusan menunjukkan bahawa:
✅ Di bawah keadaan CO₂ yang tinggi
✅ Selepas rawatan dengan PA dan MDCA
✅ Tindak balas pertahanan dalam beras telah dipertingkatkan dengan ketara

Dimanifestasikan sebagai:
• Pengumpulan sejumlah besar ROS (spesies oksigen reaktif)
• Pengaktifan isyarat pertahanan yang pantas
• "Pengaktifan diperkuat" laluan metabolik tahan serangga

Ini menunjukkan bahawa CO₂ yang tinggi bukan sahaja "melemahkan rintangan"; sebaliknya, ia boleh diubah menjadi kelebihan pertahanan melalui peraturan yang munasabah.

Penemuan Teras 2 | Bahan Tahan Serangga Utama Meningkat Dengan Ketara

Kajian ini selanjutnya mengesan pelbagai asid fenolik dengan aktiviti tahan serangga dan mendapati bahawa tahapnya meningkat dengan ketara selepas rawatan:
• Asid vanila
• Asid galik
• Asid protokotekhuik
• Asid pirokatekuik

📈 Di bawah keadaan CO₂ yang tinggi, peningkatan kandungan bahan-bahan di atas adalah amat ketara.

Bahan-bahan ini telah terbukti:
• Mempunyai kesan antipemakanan yang kuat
• Menghalang tingkah laku pemakanan belalang perang
• Mengurangkan kadar kelangsungan hidup mereka dengan ketara

👉 Mereka adalah ahli utama "sistem pertahanan semula jadi" padi.

Penemuan Teras 3 | Membina Rantaian Bukti Lengkap daripada Tingkah Laku kepada Molekul

Kajian ini bukan sahaja kekal pada "peringkat fenomena" tetapi juga membina sistem pengesahan berbilang lapisan yang lengkap:
🔬Tahap tingkah laku: Elektropenetrografi (EPG) menunjukkan bahawa masa pemakanan belalang perang telah dipendekkan dengan ketara
🧬Tahap fisiologi: Aktiviti ROS dan PAL meningkat dengan ketara, dan ekspresi gen pertahanan dipertingkatkan
🧪Tahap biokimia: Aktiviti enzim detoksifikasi perosak telah meningkat, menunjukkan tekanan fisiologi yang jelas
🧠Tahap molekul: Dok molekul mengesahkan bahawa asid fenolik boleh bertindak secara langsung pada enzim detoksifikasi utama perosak

👉 Bukti pelbagai dimensi bersama-sama membuktikan bahawa mekanisme pertahanan ini adalah nyata, stabil dan boleh dihasilkan semula.

Di Sebalik Pencapaian Saintifik: Kejayaan Dua Kemenangan untuk Pasukan dan Jenama
• Profesor Duan, Universiti Pertanian Nanjing
• Produk yang Digunakan: Plat 96-telaga (No. Kategori: PCR001-96)
• Jurnal Dihantar kepada: Tumbuhan, Sel & Alam Sekitar
• Faktor Impak: JIKA = 6.3
• Anugerah yang Diterima: Kad Hadiah 1000 JD.com